DE102007051800A1 - Carrier body for semiconductor devices - Google Patents

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Abstract

Bei einem Trägerkörper für Halbleiterbauelemente, der wenigstens einen wärmeleitenden Grundkörper aus elektrisch leitfähigem Material enthält, besteht die Aufgabe, die Haftfestigkeit einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf dem Grundkörper zu erhöhen. Das wird dadurch erreicht, dass zwischen der elektrisch isolierenden Beschichtung und dem Grundkörper eine von der Oberseite zu der Unterseite des Grundkörpers reichende zusammenhängende Haftvermittlungsschicht vorgesehen ist, die wenigstens ein Refraktärmetall oder eine Refraktärmetallverbindung enthält.In the case of a carrier body for semiconductor components, which contains at least one thermally conductive base body of electrically conductive material, the object is to increase the adhesive strength of an electrically insulating coating on the base body. This is achieved by providing between the electrically insulating coating and the base body a continuous adhesion-promoting layer reaching from the upper side to the lower side of the base body, which contains at least one refractory metal or one refractory metal compound.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trägerkörper für Halbleiterbauelemente, enthaltend:

  • – wenigstens einen wärmeleitenden Grundkörper aus elektrisch leitfähigem Material mit wenigstens einer Aufnahmefläche und wenigstens einer der Aufnahmefläche gegenüberliegenden Stützfläche und
  • – wenigstens einen elektrischen Leiter,
  • – der sich von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstreckt,
  • – gegenüber dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers durch wenigstens eine auf den Grundkörper aufgebrachte Isolationsschicht elektrisch isoliert ist und
  • – gegenüberliegend zur Aufnahmefläche wenigstens eine Montagefläche zur stoffschlüssigen Verbindung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement und gegenüberliegend zur Stützfläche wenigstens eine Anschlussfläche zur Kontaktierung eines Anschlusskörpers aufweist,
Wärmeleitende Trägerkörper zur stoffschlüssigen Verbindung mit Halbleiterbauelementen enthalten in zahlreichen Fällen einen Grundkörper aus einem hoch thermisch leitfähigen Metall, das beispielsweise Kupfer Silber oder Gold enthält oder im Wesentlichen vollständig aus Kupfer oder Silber besteht.The invention relates to a carrier body for semiconductor components, comprising:
  • - At least one heat-conducting body made of electrically conductive material having at least one receiving surface and at least one of the receiving surface opposite support surface and
  • At least one electrical conductor,
  • Which extends from the receiving surface to the support surface,
  • - Is electrically insulated from the electrically conductive material of the body by at least one applied to the body insulation layer and
  • At least one mounting surface for material-bonding connection with at least one semiconductor component opposite to the receiving surface and at least one contact surface for contacting a connection body opposite the support surface,
Thermally conductive carrier bodies for the material connection with semiconductor components contain in many cases a base body made of a highly thermally conductive metal, which contains, for example, copper silver or gold or essentially consists entirely of copper or silver.

Wärmeleitende Trägerkörper zur mechanisch spannungsarmen stoffschlüssigen Verbindung mit Halbleiterbauelementen enthalten in zahlreichen Fällen einen Grundkörper, der im Wesentlichen aus einem hoch thermisch leitfähigen Verbundwerkstoff besteht, der zudem meist auch eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweist.thermally Conductive Carrier body for mechanically stress-relieved cohesive Connection to semiconductor devices included in numerous cases a main body, which is essentially made of a highly thermal Conductive composite material exists, which also mostly has a certain electrical conductivity.

Diese Verbundwerkstoffe bestehen meist aus einem ersten Material, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des Halbleiterbauelementes, und wenigstens einem zweiten Material, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der kleiner ist als der des Halbleiterbauelementes.These Composite materials usually consist of a first material, the has a first thermal expansion coefficient which is larger as that of the semiconductor device, and at least a second one Material that has a second thermal expansion coefficient has, which is smaller than that of the semiconductor device.

Für Halbleiterbauelemente, die beispielsweise auf GaAs basieren, weist das erste Material des Verbundwerkstoffes beispielsweise wenigstens ein hoch wärmeleitfähiges Metall aus der Gruppe Silber, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel und Kobalt auf und das zweite Material beispielsweise wenigstens ein hoch wärmeleitfähiges Material aus der Gruppe Wolfram, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Siliziumcarbid und Kohlenstoff beispielsweise in wenigstens einer der Modifikationen Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphit, Graphen und Diamant.For Semiconductor devices based for example on GaAs, has For example, the first material of the composite material at least a highly thermally conductive metal from the group Silver, copper, aluminum, magnesium, nickel and cobalt on and the second material, for example, at least one highly thermally conductive Material from the group tungsten, aluminum nitride, beryllium oxide, Silicon carbide and carbon, for example, in at least one the modifications carbon fibers, carbon nanotubes, Graphite, graphene and diamond.

Meist liegt das zweite Material in Form eines Füllstoffes, beispielsweise als Sinterkörper vor, der in eine Matrix des ersten Materials eingebettet ist.Most of time the second material is in the form of a filler, for example as a sintered body, which is in a matrix of the first material is embedded.

Auch die Verwendung elektrisch isolierender Füllstoffe in einer elektrisch leitfähigen Matrix ändert nichts an der elektrisch leitfähigen Eigenschaft dieser Verbundwerkstoffe und des Grundkörpers, der im Wesentlichen aus diesem Verbundwerkstoff besteht.Also the use of electrically insulating fillers in one electrically conductive matrix does not change anything the electrically conductive property of these composites and the main body, consisting essentially of this composite material consists.

Oftmals ist die elektrische Isolierung des Grundkörpers gegenüber elektrischen Leitern, die der Stromzu- beziehungsweise -abführung der Halbleiterbauelemente dienen, gefordert, sei es um zwei gegenpolige Kontaktflächen, die notwendigerweise voneinander getrennt sein müssen, zu tragen oder sei es, um die elektrische Isolierung gegenüber einem Kühlmittel, das durch den Grundkörper zirkuliert, zu erzielen. Gleichzeitig besteht die Forderung nach der Anbindung des Trägerkörpers an einen Anschlusskörper, beispielsweise einen Kühlkörper, über den die elektrische Kontaktierung des oder der Leiter, beziehungsweise auch eine Kühlung, erfolgt. Zur Wahrung einer kostengünstigen Montage in Planartechnologie beziehungsweise aus wärmeleittechnischen Gründen besteht die Forderung, dass diese Anschlussfläche der Montagefläche gegenüber liegen soll.often is the electrical insulation of the body opposite electrical conductors, the Stromzu- or -abführung serve the semiconductor devices required, be it two opposite polarity Contact surfaces necessarily separated must be, or be it to the electric Insulation against a coolant through the body circulates to achieve. At the same time exists the requirement for the connection of the carrier body to a connector body, such as a heat sink, over the the electrical contacting of the conductor or, respectively also a cooling takes place. To maintain a cost-effective Assembly in planar technology or thermally conductive Reasons there is a requirement that this connection surface should face the mounting surface.

Einer derartigen Forderung kommt ein wärmespreizendes Mehrlagensubstrat gemäß der DE 103 61899 A1 nach, bei dem Schichtenbereichspaare einer ober- und einer unterseitigen Lage elektrisch leitend verbunden sind und eine sich dazwischen befindende metallische Lage gegenüber der ober- und unterseitigen Lage durch nichtmetallische Schichten elektrisch isoliert ist.Such a requirement comes a heat-spreading multi-layer substrate according to the DE 103 61899 A1 according to which layer-area pairs of an upper and a lower-side layer are electrically conductively connected and a metallic layer located therebetween is electrically insulated from the upper and lower layers by non-metallic layers.

Werden für die metallische Zwischenlage hoch thermisch leitfähige Metalle oder Matrixmetalle, beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel oder Kobalt, verwendet, besteht das Problem einer schlechten Haftung der elektrisch isolierenden nichtmetallischen Schichten auf diesen Metallen.Become for the metallic intermediate layer highly thermally conductive Metals or matrix metals, for example gold, silver, copper, Aluminum, magnesium, nickel or cobalt, used, the problem exists poor adhesion of the electrically insulating non-metallic Layers on these metals.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Haftfestigkeit einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf Metallen, insbesondere Metallen der Gruppe Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel und Kobalt, zu erhöhen.It is therefore an object of the invention, the adhesion of an electric insulating coating on metals, in particular metals of the Group gold, silver, copper, aluminum, magnesium, nickel and cobalt, to increase.

Diese Aufgabe wird für einen Trägerkörper der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

  • – sich die Isolationsschicht zusammenhängend von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstreckt und
  • – zwischen der Isolationsschicht und dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers eine zusammenhängende Haftvermittlungsschicht vorgesehen ist, die wenigstens ein Refraktärmetall oder eine Refraktärmetallverbindung enthält.
This object is achieved for a carrier body of the type mentioned in that
  • - The insulating layer extends contiguous from the receiving surface on the support surface and
  • - Between the insulating layer and the electrically conductive material of the base body a contiguous adhesive layer is provided, the at least one refractory metal or a refractory metal compound.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Trägerkörpers und seiner Herstellung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further expedient and advantageous embodiments and Further developments of the carrier body according to the invention and its production arise from the dependent ones Claims.

Refraktärmetalle sind die Elemente der 4., 5. und 6. Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente (Ti, Zr, Hf; V, Nb, Ta; Cr, Mo, W) sowie ihre Legierungen und Verbindungen untereinander.refractory Metals are the elements of the 4th, 5th and 6th subgroup of the periodic table the chemical elements (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) as well as their alloys and connections with each other.

Zu den Refraktärmetallverbindungen zählen alle chemischen Verbindungen, die ein Element der 4., 5. und 6. Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente enthalten. Zu den bevorzugt vorzusehenden Refraktärmetallverbindungen zählen Refraktärmetalloxide, -nitride, -boride, -carbide, -carbonitride, -silizide sowie Verbindungen mit Aluminium und/oder Kobalt.To The refractory metal compounds include all chemical Compounds that are an element of the 4th, 5th and 6th subgroups of the Periodic table of the chemical elements included. Among the preferred to be provided Refractory metal compounds include refractory metal oxides, nitrides, borides, carbides, carbonitrides, silicides and compounds with aluminum and / or cobalt.

Die Refraktärmetalle bilden an ihrer Oberfläche eine native Oxidschicht aus, die für geringe Spannungsdifferenzen bereits eine ausreichende elektrische Isolierung gewährleisten kann.The Refractory metals form on their surface native oxide layer, which is suitable for low voltage differences already ensure sufficient electrical insulation can.

Sollte die Dicke der Oxidschicht nicht ausreichen, so kann sie durch thermische oder anodische Oxidation sowie durch nachfolgende Abscheidung eines Refraktärmetalloxides aus der Gasphase verstärkt werden.Should the thickness of the oxide layer is insufficient, so it can by thermal or anodic oxidation and by subsequent deposition of a Refractory metal oxides from the gas phase reinforced become.

Für noch höhere Anforderungen an eine Beständigkeit der elektrischen Isolation kann die Refraktärmetallschicht zusätzlich mit Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Bor, Bornitrid, Borcarbid, Kohlenstoff, insbesondere in Form von Diamant oder diamantähnlichem Kohlenstoff, Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid beschichtet werden. Diese Materialien sind deswegen besonders geeignet, weil ihre Haftfestigkeit durch die Neigung der Refraktärmetalle zur stabilen Oxid-, Borid-, Nitrid-, Karbid- und Silizidbildung gestützt wird. Diese Neigung zur Verbindungsbildung fehlt den angesprochenen hoch wärmeleitfähigen Metallen Gold, Silber und Kupfer weitgehend.For even higher demands on durability The electrical insulation can be the refractory metal layer additionally with silicon, silicon oxide, silicon nitride, Silicon carbide, boron, boron nitride, boron carbide, carbon, in particular in the form of diamond or diamond-like carbon, Alumina or aluminum nitride are coated. These materials are particularly suitable because of their adhesion by the tendency of the refractory metals to become stable oxide, boride, Nitride, carbide and silicide formation is supported. These Tendency to form a connection is missing the mentioned highly thermally conductive Metals gold, silver and copper largely.

Eine auf das Refraktärmetall aufgebrachte Siliziumschicht kann beispielsweise durch thermische Oxidation oberflächlich eine elektrisch isolierende Siliziumoxidschicht ausbilden.A can be applied to the refractory metal silicon layer for example by thermal oxidation on the surface form an electrically insulating silicon oxide layer.

Selbstverständlich ist die Erfindung weder auf eine einzige erfindungsgemäße Haftvermittlungsschicht noch auf eine einzige Isolationsschicht beschränkt. Wenn es den Anforderungen der Haft- und/oder Isolationsfestigkeit dienlich ist, können zwischen dem Leiter und dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers mehrere erfindungsgemäße Haftvermittlungsschichten und Isolationsschichten angeordnet sein. Insbesondere geeignet sind Schichtfolgen, die mit einer Refraktärmetallschicht starten und mit einer Refraktärmetallschicht enden. Folgende Kombinationen haben sich, ausgehend vom elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers als geeignet erwiesen:

  • a) Refraktärmetallschicht – Isolationsschicht – Refraktärmetallschicht
  • b) Refraktärmetallschicht – Refraktärmetalloxidschicht – Refraktärmetallschicht
  • c) Refraktärmetallschicht – Schicht aus einer Refraktärmetallverbindung – Isolationsschicht – Refraktärmetallschicht
  • d) Refraktärmetallschicht – Refraktärmetalloxidschicht – Isolationsschicht – Refraktärmetallschicht
  • e) Refraktärmetallschicht – Schicht aus einer Refraktärmetallverbindung – Refraktärmetallschicht – Isolationsschicht – Refraktärmetallschicht
  • f) Refraktärmetallschicht – Schicht aus einer Refraktärmetallverbindung – Refraktärmetallschicht – Refraktärmetalloxidschicht – Refraktärmetallschicht
  • g) Refraktärmetallschicht – Schicht aus einer Refraktärmetallverbindung – Refraktärmetallschicht – Refraktärmetalloxidschicht – Isolationsschicht – Refraktärmetallschicht
Of course, the invention is not limited to a single adhesion-promoting layer according to the invention nor to a single insulation layer. If it is useful for the requirements of adhesion and / or insulation resistance, a plurality of adhesion-promoting layers and insulating layers according to the invention may be arranged between the conductor and the electrically conductive material of the base body. Particularly suitable are layer sequences which start with a refractory metal layer and end with a refractory metal layer. The following combinations have proven suitable starting from the electrically conductive material of the main body:
  • a) refractory metal layer - insulation layer - refractory metal layer
  • b) refractory metal layer - refractory metal oxide layer - refractory metal layer
  • c) refractory metal layer - layer of a refractory metal compound - insulation layer - refractory metal layer
  • d) Refractory Metal Layer - Refractory Metal Oxide Layer - Insulation Layer - Refractory Metal Layer
  • e) refractory metal layer - layer of a refractory metal compound - refractory metal layer - insulation layer - refractory metal layer
  • f) refractory metal layer - layer of a refractory metal compound - refractory metal layer - refractory metal oxide layer - refractory metal layer
  • g) Refractory metal layer - Refractory metal compound layer - Refractory metal layer - Refractory metal oxide layer - Insulation layer - Refractory metal layer

Weitere Schichtenfolgen, von denen wenigstens eine erste Schicht ein Refraktärmetall oder eine Refraktärmetallverbindung enthält und eine zweite Schicht, die auf der dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers abgewandten Seite der ersten Schicht angeordnet und elektrisch isolierend ist, sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.Further Layer sequences, of which at least a first layer is a refractory metal or a refractory metal compound and a second layer on top of the electrically conductive Material of the base body side facing away from the first layer arranged and electrically insulating, are conceivable and lie in the context of the invention.

Des Weiteren ist die Erfindung generell nicht auf eine spezielle Form, Orientierung oder Lage der Seitenfläche des Grundkörpers beschränkt, solange die Seitenfläche erfindungsgemäß zwischen einer ersten Ebene, die die Aufnahmefläche berührt, und einer zweiten Ebene, die die Stützfläche berührt, angeordnet ist.Of Furthermore, the invention is generally not in a special form, Orientation or position of the side surface of the body limited, as long as the side surface according to the invention between a first plane that touches the receiving surface, and a second plane that touches the support surface, is arranged.

So kann die Seitenfläche eine Außenfläche des Grundkörpers sein oder aber auch eine Innenfläche einer durchgängigen Ausnehmung im Grundkörper, die sich beispielsweise von der Aufnahmefläche zur Stützfläche erstreckt. Im Interesse einer einfachen Gestaltung des Grundkörpers ist die Seitenfläche vorzugsweise eine Außenfläche des Grundkörpers, solange nicht durch eine Ausnehmung im Grundkörper und der Verwendung der Ausnehmung zum Hindurchführen des Leiters durch die Ausnehmung ein vorteilhaftes Merkmal des Trägerkörpers entsteht.So the side surface may be an outer surface of the Be the main body or even an inner surface a continuous recess in the body, for example, from the receiving surface to the support surface extends. In the interest of a simple design of the body the side surface is preferably an outer surface of the main body, as long as not through a recess in the main body and the use of the recess for passing the Ladder through the recess an advantageous feature of the carrier body arises.

Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Leiter beschränkt. Das Material, die Form und die Lage des Leiters sind entsprechend einer vorteilhaften Ausführung des Trägerkörpers frei wählbar.Moreover, the invention is not limited to a particular conductor. The material that Shape and position of the conductor are freely selectable according to an advantageous embodiment of the carrier body.

Beispielsweise kann der elektrische Leiter in Form von dünnen Metallisierungsschichten auf die elektrisch isolierende Schicht durch physikalische oder chemische Abscheidung aus der Dampfphase eines Metalls beziehungsweise einer seiner Verbindungen, aus der es reduziert wird, aufgebracht werden. So eine Metallisierung kann aus mehreren Schichten verschiedener Metalle bestehen, die einzeln oder gemeinsam haftvermittelnde, diffusionshemmende und/oder lotbenetzungsförderliche Eigenschaften besitzen.For example can the electrical conductor in the form of thin metallization layers on the electrically insulating layer by physical or chemical vapor deposition of a metal or one of its compounds from which it is reduced, applied become. Such a metallization can be made up of several layers of different Metals exist, which individually or together adhesion-promoting, diffusion-inhibiting and / or have solder wetting-promoting properties.

Zur Gewährleistung einer erhöhten Stromtragfähigkeit kann der elektrische Leiter beispielsweise als dicke Metallisierungsschicht ausgeführt werden, die in Pastenform auf die elektrisch isolierende Schicht aufgebracht und bei erhöhter Temperatur ausgehärtet oder eingebrannt wird oder durch elektrolytische Abscheidung von Metallionen auf eine bereits zuvor abgeschiedene Dünnschichtmetallisierung realisiert wird.to Ensuring an increased current carrying capacity For example, the electrical conductor may be a thick metallization layer be executed in paste form on the electric applied insulating layer and cured at elevated temperature or by baking or by electrolytic deposition of Metal ions on a previously deposited thin-film metallization is realized.

Zur Gewährleistung einer sehr hohen Stromtragfähigkeit kann der elektrische Leiter als Metallblech ausgeführt werden, welches beispielsweise durch Löten mit dem Grundkörper verbunden wird. Wird zum Löten ein Aktivlot verwendet, so kann das Metallblech direkt auf die elektrisch isolierende Schicht aufgebracht werden.to Ensuring a very high current carrying capacity The electrical conductor can be designed as a metal sheet which, for example, by soldering to the main body is connected. Is used for soldering an active solder, so the metal sheet can directly onto the electrically insulating layer be applied.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic drawing be explained. Show it:

1a–1d die Beschichtung eines in Querschnittsansichten dargestellten, als Mikrokanalwärmesenke ausgebildeten Grundkörpers; 1a - 1d the coating of a shown in cross-sectional views, designed as a microchannel heat sink body;

2a–2d die Beschichtung eines in Querschnittsansichten dargestellten quaderförmigen Grundkörpers; 2a - 2d the coating of a cuboid base body shown in cross-sectional views;

3a–3c Seitenansichten von Ausführungsformen für Diodenlaserbauelemente mit erfindungsgemäßen Trägerkörpern. 3a - 3c Side views of embodiments for diode laser components with support bodies according to the invention.

Die in den 1a bis 1d gezeigte Mikrokanalwärmesenke 1 besteht aus einem nicht dargestellten Mehrschichtsystem von strukturierten und untereinander verbundenen kupferbeschichteten Molybdänblechen.The in the 1a to 1d shown microchannel heat sink 1 consists of a not shown multilayer system of structured and interconnected copper-coated molybdenum sheets.

Die Mikrokanalwärmesenke 1 wird auf ihrer gesamten äußeren und teilweise inneren Oberfläche mit Wolfram beschichtet, so dass sich eine aus Wolfram bestehende Haftvermittlungsschicht 2 ausbildet (1b). Eine solche Beschichtung kann auch an einem Nutzen von fertigungsbedingt untereinander mechanisch verbundenen Mikrokanalwärmesenken ausgeführt werden. Anschließend wird auf die Wolframschicht 2 eine elektrisch isolierende Diamantschicht 3 aufgebracht (1c).The microchannel heat sink 1 is coated on its entire outer and partially inner surface with tungsten, so that is composed of a tungsten adhesive layer 2 trains ( 1b ). Such a coating can also be carried out on a benefit of manufacturing mutually mechanically connected micro-channel heat sinks. Subsequently, on the tungsten layer 2 an electrically insulating diamond layer 3 applied ( 1c ).

Im letzten Verfahrensschritt wird auf die Diamantschicht 3 eine Metallisierung 4 aufgebracht, die als elektrischer Leiter zwischen einer wärmesenkenoberseitig auf der Metallisierung 4 befindlichen Montagefläche 5 und einer wärmesenkenunterseitig auf der Metallisierung 4 befindlichen Anschlussfläche 6 dient. Die Anschlussfläche 6 ist zur Kontaktierung eines Anschlusskörpers vorgesehen, über den zum Beispiel elektrischer Strom zum Halbleiterbauelement geführt und/oder die im Betrieb des Halbleiterbauelementes entstehende Wärme abgeführt werden kann.In the last step, the diamond layer is applied 3 a metallization 4 Applied as an electrical conductor between a heat sink topside on the metallization 4 located mounting surface 5 and a heat sink underneath on the metallization 4 located connection surface 6 serves. The connection surface 6 is provided for contacting a terminal body, passed over the example, electric current to the semiconductor device and / or the resulting during operation of the semiconductor device heat can be dissipated.

Eine Einlassöffnung 17 und eine Auslassöffnung 18, die mit einer Kanalstruktur 19 in Verbindung stehen, sind als Durchbrüche im Grundköper der Mikrokanalwärmesenke 1 ausgebildet.An inlet opening 17 and an outlet opening 18 that with a canal structure 19 are as breakthroughs in the basic body of the microchannel heat sink 1 educated.

Zusammen mit einem montierten Laserdiodenelement und einem an der der Montagefläche gegenüberliegenden Seite des Laserdiodenelementes befestigten elektrischen Verbindungselement ergibt sich ein Diodenlaserbauelement.Together with a mounted laser diode element and one on the mounting surface attached opposite side of the laser diode element electrical connection element results in a diode laser component.

So ein Diodenlaserbauelement eignet sich zur Stapelung mehrerer gleichartiger Diodenlaserbauelemente übereinander, wobei die Anschlussfläche eines ersten Diodenlaserbauelementes von einem elektrischen Anschluss eines benachbarten Diodenlaserbauelementes kontaktiert wird.So a diode laser device is suitable for stacking several similar Diode laser devices one above the other, wherein the pad a first diode laser component of an electrical connection an adjacent diode laser device is contacted.

Der in den 2a bis 2d gezeigte quaderförmige Grundkörper 7 besteht aus einem Kohlenstoff-Metall-Komposit (Kohlenstoff in den Modifikationen Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstofffasern, Graphene, Diamant, diamantähnlicher Kohlenstoff etc.; Metall = Kupfer, Silber, Kobalt, Aluminium etc.) (2a).The in the 2a to 2d shown rectangular base body 7 consists of a carbon-metal composite (carbon in the modifications graphite, carbon nanotubes, carbon fibers, graphene, diamond, diamond-like carbon, etc., metal = copper, silver, cobalt, aluminum, etc.) ( 2a ).

Der Grundkörper 7 erhält im Wesentlichen auf seiner gesamten Oberfläche zunächst eine Tantalschicht 8 als Haftvermittlungsschicht. Das kann mittels elektrolytischer Abscheidung aus einer Salzschmelze oder physikalischer oder chemischer Abscheidung aus der Dampfphase erfolgen (2b).The main body 7 essentially receives a tantalum layer over its entire surface 8th as an adhesion layer. This can be done by electrolytic deposition from a molten salt or physical or chemical vapor deposition ( 2 B ).

Im Anschluss daran wird die Oberfläche der Tantalschicht 8 bis zu einer Tantaloxidschichtdicke anodisch oxidiert, die den Anforderungen hinsichtlich einer gewünschten Durchbruch-Feldstärke entspricht. Sollte die gewünschte Oxidschichtdicke mittels anodischer Oxidation nicht erreichbar sein, so kann stattdessen oder zusätzlich direkt Tantaloxid 9 auf der Oberfläche der Tantalschicht 8 abgeschieden werden (2c). Im letzten Verfahrensschritt wird eine als elektrischer Leiter dienende Metallisierung 10 aufgebracht, die eine Stromverbindung zwischen der oberseitigen Montagefläche 5 und der unterseitigen Anschlussfläche 6 herstellt (2d).Following this, the surface of the tantalum layer becomes 8th anodized to a tantalum oxide layer thickness that meets the requirements for a desired breakdown field strength. If the desired oxide layer thickness can not be achieved by means of anodic oxidation, tantalum oxide can instead or additionally be used directly 9 on the surface of the tantalum layer 8th to be separated ( 2c ). In the last step, a metallization serving as an electrical conductor is used 10 Applied to a power connection between the top mounting surface 5 and the bottom face 6 manufactures ( 2d ).

Der in den 3a bis 3c gezeigte Grundkörper 11 ist mit einer unter unterschiedlich ausgebildeten Metallisierungs- und Isolationsschichten liegenden Refraktärmetallbeschichtung versehen. Der derart beschichtete Grundkörper 11 weist eine parallel zur Lichtemissionsrichtung eines als Laserbarrens 12 ausgebildeten Laserdiodenelementes gerichtete Längsachse, ein in pn-Übergangsrichtung verlaufende Tiefenachse und eine senkrecht zur Tiefen- und Längsachse gerichtete Breitenachse auf.The in the 3a to 3c shown basic body 11 is provided with a lying under different trained metallization and insulation layers refractory metal coating. The base body coated in this way 11 has a direction parallel to the light emission direction of a laser as a bar 12 trained laser diode element directed longitudinal axis, extending in pn-transition direction depth axis and a direction perpendicular to the depth and longitudinal axis width axis.

Der Laserbarren 12 ist epitaxieseitig auf einer Montagefläche einer ersten Metallisierungsschicht 13 montiert, die sich auf einer oberseitigen Aufnahmefläche des Grundkörpers 11 in Richtung der Längsachse ab einer Frontkante über etwa das erste Viertel des Grundkörpers 11 erstreckt. Die Substratseite des Laserbarrens 12 ist über Bonddrähte 14 mit einer zweiten Metallisierungsschicht 15 verbunden, die sich auf der oberseitigen Aufnahmefläche in Richtung der Längsachse mindestens über das sich an das erste Viertel anschließende zweite Viertel des Grundkörpers 11 erstreckt.The laser bar 12 is epitaxial on a mounting surface of a first metallization layer 13 mounted, resting on a top side receiving surface of the main body 11 in the direction of the longitudinal axis from a front edge over about the first quarter of the body 11 extends. The substrate side of the laser bar 12 is over bonding wires 14 with a second metallization layer 15 connected on the upper side receiving surface in the direction of the longitudinal axis at least over the subsequent to the first quarter second quarter of the body 11 extends.

In 3a ummantelt die erste Metallisierungsschicht 13 den Grundkörper 11 ab Frontkante auf einem ersten Viertel in Richtung seiner Längsachse, die zweite Metallisierungsschicht 15 in einem sich anschließenden zweiten Viertel und eine dritte, elektrisch neutrale Metallisierungsschicht 16 in einem dritten und vierten Viertel.In 3a encapsulates the first metallization layer 13 the main body 11 from the front edge on a first quarter in the direction of its longitudinal axis, the second metallization layer 15 in a subsequent second quarter and a third, electrically neutral metallization layer 16 in a third and fourth quarter.

In 3b ummantelt die erste Metallisierungsschicht 13 den Grundkörper 11 in Richtung seiner Längsachse ab Frontkante ebenfalls auf einem ersten Viertel, erstreckt sich aber auf einer unterseitigen Stützfläche bis über etwa drei Viertel des Grundkörpers 11 in Richtung seiner Längsachse. Die zweite Metallisierungsschicht 15 erstreckt sich auf der oberseitigen Aufnahmefläche vom zweiten bis zum vierten Viertel des Grundkörpers 11 in Richtung seiner Längsachse und ummantelt den Grundkörper 11 im vierten Viertel vollständig. Die front- und rückseitigen Stirnflächen des Grundkörpers 11 weisen bei den Ausführungen gemäß den 3a und 3b keine Metallisierungsschicht auf.In 3b encapsulates the first metallization layer 13 the main body 11 in the direction of its longitudinal axis from the front edge also on a first quarter, but extends on a lower-side support surface to about three quarters of the body 11 in the direction of its longitudinal axis. The second metallization layer 15 extends on the top side receiving surface from the second to the fourth quarter of the body 11 in the direction of its longitudinal axis and encases the body 11 in the fourth quarter completely. The front and back faces of the body 11 have in the embodiments according to the 3a and 3b no metallization on.

In 3c erstreckt sich die erste Metallisierungsschicht 13 von der oberseitigen Aufnahmefläche über die gesamte Breite der frontseitigen Stirnfläche bis auf die unterseitige Stützfläche, wo sie sich bis über etwa drei Viertel des Grundkörpers 11 in Richtung seiner Längsachse ausdehnt. Die zweite Metallisierungsschicht 15, die sich auf der oberseitigen Aufnahmefläche vom anschließenden zweiten bis zum vierten Viertel des Grundkörpers 11 in Richtung seiner Längsachse erstreckt, ist über die gesamte Breite der rückseitigen Stirnfläche bis auf die unterseitige Stützfläche gezogen, wo sie sich über etwa das verbleibende vierte Viertel des Grundkörpers 11 ausdehnt.In 3c the first metallization layer extends 13 from the upper-side receiving surface over the entire width of the front end face to the lower-side support surface, where it extends over about three quarters of the body 11 expands in the direction of its longitudinal axis. The second metallization layer 15 located on the upper side receiving surface of the subsequent second to fourth quarters of the body 11 extends in the direction of its longitudinal axis, is pulled over the entire width of the rear end face to the lower-side support surface, where it extends over about the remaining fourth fourth of the body 11 expands.

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Claims (23)

Trägerkörper für Halbleiterbauelemente, enthaltend: – wenigstens einen wärmeleitenden Grundkörper aus elektrisch leitfähigem Material mit wenigstens einer Aufnahmefläche und wenigstens einer der Aufnahmefläche gegenüberliegenden Stützfläche und – wenigstens einen elektrischen Leiter, – der sich von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstreckt, – gegenüber dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers durch wenigstens eine auf den Grundkörper aufgebrachte Isolationsschicht elektrisch isoliert ist und – gegenüberliegend zur Aufnahmefläche wenigstens eine Montagefläche zur stoffschlüssigen Verbindung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement und gegenüberliegend zur Stützfläche wenigstens eine Anschlussfläche zur Kontaktierung eines Anschlusskörpers aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – sich die Isolationsschicht zusammenhängend von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstreckt und – zwischen der Isolationsschicht und dem elektrisch leitfähigen Material des Grundkörpers eine zusammenhängende Haftvermittlungsschicht vorgesehen ist, die wenigstens ein Refraktärmetall oder eine Refraktärmetallverbindung enthält.Carrier body for semiconductor devices, comprising: - at least one heat-conducting base body of electrically conductive material having at least one receiving surface and at least one support surface opposite the receiving surface and - at least one electrical conductor, - extending from the receiving surface on the support surface, - against the electrically conductive material of the main body is electrically insulated by at least one insulating layer applied to the base body and - opposite the receiving surface at least one mounting surface for material connection with at least one semiconductor device and opposite to the support surface at least one pad for contacting a connector body, characterized in that - the insulation layer coherent extends from the receiving surface on the support surface and - between the insulating layer and the elec trically conductive material of the body is provided a contiguous adhesion-promoting layer containing at least one refractory metal or a refractory metal compound. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht und die Haftvermittlungsschicht durch einen Durchbruch im Grundkörper geführt sind.Carrier body according to claim 1, characterized in that the insulation layer and the adhesion-promoting layer passed through a breakthrough in the body are. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht und die Haftvermittlungsschicht außen am Grundkörper angeordnet sind.Carrier body according to claim 1, characterized in that the insulation layer and the adhesion-promoting layer are arranged outside on the base body. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Haftvermittlungsschicht und die Isolationsschicht über die gesamte Oberfläche des Grundkörpers erstrecken.Carrier body according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the adhesion promoting layer and the insulation layer over the entire surface of the main body extend. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht wenigstens eines der Materialien Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumcarbonitrid, Bor, Boroxid, Bornitrid, Borcarbid, Diamant oder diamantähnlichen Kohlenstoff, Kohlenstoffnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid enthält.Carrier body according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the insulation layer at least one of the materials silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, Silicon carbonitride, boron, boron oxide, boron nitride, boron carbide, diamond or diamond-like carbon, carbon nitride, alumina and aluminum nitride. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht wenigstens ein Refraktärmetalloxid enthält.Carrier body according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the insulation layer at least contains a refractory metal oxide. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper im Wesentlichen aus Kupfer besteht.Carrier body according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the main body substantially made of copper. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper im Wesentlichen aus einem Verbundwerkstoff besteht.Carrier body according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the main body substantially consists of a composite material. Trägerkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Material des Verbundwerkstoffes wenigstens ein Metall der Gruppe Kupfer, Silber und Aluminium enthält und wenigstens ein zweites Material des Verbundwerkstoffes wenigstens einen Werkstoff der Gruppe Wolfram, Molybdän, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid und Kohlenstoff.Carrier body according to claim 8, characterized characterized in that a first material of the composite material contains at least one metal of the group copper, silver and aluminum and at least one second material of the composite material at least one Material of the group tungsten, molybdenum, boron nitride, aluminum nitride, Silicon carbide and carbon. Trägerkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff wenigstens zwei der Materialien Silizium, Siliziumkarbid und Kohlenstoff enthält.Carrier body according to claim 8 or 9, characterized in that the composite material at least two of the materials silicon, silicon carbide and carbon contains. Trägerkörper nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff wenigstens in einer der Modifikationen Diamant, Graphit, Graphen, Kohlenstofffaser und Kohlenstoffnanoröhrchen vorliegt.Carrier body according to claim 9 or 10, characterized in that carbon at least in one of the modifications diamond, graphite, graphene, carbon fiber and Carbon nanotube is present. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Leiter über zwei oder mehr einander zumindest abschnittsweise gegenüberliegende und/oder winklig zueinander angeordnete Seitenflächen des Grundkörpers von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstreckt.Carrier body according to one of the claims 1 to 11, characterized in that the electrical conductor via two or more at least partially opposite each other and / or angularly arranged side surfaces of the base body from the receiving surface to the support surface extends. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine Kanalstruktur enthält, die mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung in Verbindung steht.Carrier body according to one of the claims 1 to 12, characterized in that the basic body includes a channel structure having at least one inlet opening and at least one outlet opening communicates. Trägerkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung in einem ersten Durchbruch des Grundkörpers angeordnet ist und die Auslassöffnung in einem zweiten Durchbruch des Grundkörpers.Carrier body according to claim 13, characterized in that the inlet opening in a first breakthrough of the main body is arranged and the Outlet opening in a second opening of the body. Trägerkörper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Einlass- und der Auslassöffnung in Richtung der Kanalstruktur erstreckende Innenwandbereiche des Grundkörpers zumindest abschnittsweise mit der Haftvermittlungsschicht und der Isolationsschicht versehen sind.Carrier body according to claim 13 or 14, characterized in that differ from the inlet and the outlet opening extending in the direction of the channel structure Inner wall portions of the body at least in sections provided with the primer layer and the insulating layer are. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei oder mehr elektrische Leiter von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstrecken.Carrier body according to one of the claims 1 to 15, characterized in that two or more electrical Head from the receiving surface to the support surface extend. Trägerkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei oder mehr Leiter über zwei oder mehr einander zumindest abschnittsweise gegenüberliegende und/oder winklig zueinander angeordnete Seitenflächen des Grundkörpers von der Aufnahmefläche auf die Stützfläche erstrecken.Carrier body according to claim 12, characterized in that two or more conductors over two or more at least partially opposite each other and / or at an angle to each other ordered side surfaces of the body extend from the receiving surface on the support surface. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 durch Beschichten des elektrisch leitenden Grundkörpers mit einem Refraktärmetall, so dass sich eine von der Aufnahmefläche über die Seitenfläche zu der Stützfläche reichende, zusammenhängende Refraktärmetallbeschichtung ergibt.Process for producing a carrier body according to one of claims 1 to 16 Coating the electrically conductive body with a Refractory metal, so that one of the receiving surface over the side surface reaching to the support surface, coherent refractory metal coating results. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktärmetall chemisch aus der Gasphase auf dem Grundkörper abgeschieden wird.Method according to claim 18, characterized that the refractory metal chemically from the gas phase the main body is deposited. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch anodische Oxydation eine Refraktärmetalloxidschichtverstärkung der Refraktärmetallschichtung vorgenommen wird.Process for producing a carrier body according to claim 18 or 19, characterized that by anodic oxidation, a Refraktärmetalloxidschichtverstärkung the refractory metal stratification is performed. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abscheidung eines Refraktärmetalloxides aus der Gasphase eine Oxidschichtverstärkung der Refraktärmetallschichtung vorgenommen wird.Process for producing a carrier body according to claim 18 or 19, characterized that by deposition of a refractory metal oxide the gas phase, an oxide layer reinforcement of the refractory metal layering is made. Diodenlaserbauelement mit einem Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserdiodenelement seitens seiner epitaxieseitigen Kontaktfläche stoffschlüssig an die Montagefläche angebunden ist.Diode laser component with a carrier body according to one of claims 1 to 16, characterized that a laser diode element on the part of its epitaxial side contact surface firmly bonded to the mounting surface is. Diodenlaserbauelement mit einem Trägerkörper nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserdiodenelement seitens seiner epitaxieseitigen Kontaktfläche stoffschlüssig an die Montagefläche angebunden ist und über wenigstens ein an der substratseitigen Kontaktfläche des Laserdiodenelementes befestigtes elektrisch leitfähiges Verbindungselement eine elektrische Verbindung von der substratseitigen Kontaktfläche des Laserdiodenelementes mit einem zweiten Leiter besteht.Diode laser component with a carrier body according to claim 16 or 17, characterized in that a laser diode element on the part of its epitaxial side contact surface cohesively is connected to the mounting surface and at least over a at the substrate-side contact surface of the laser diode element fixed electrically conductive connection element a electrical connection from the substrate-side contact surface the laser diode element is composed of a second conductor.
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